DE19524251C1

DE19524251C1 - Process for producing a sintered molded part

Info

Publication number: DE19524251C1
Application number: DE1995124251
Authority: DE
Inventors: Karl Leithner
Original assignee: Supervis
Current assignee: Supervis
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2015-07-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Formteiles mit bainitischem Gefüge (Zwischenstufengefüge), insbesondere eines Pleuels für Verbren nungskraftmaschinen, wobei ein Sinterpulver, dessen Massenanteile der Komponenten 0,5-2% Mo; 0,4-0,8% C; 0,5-3% Cu; 1-4% Ni und Rest Fe betragen, formgepreßt und an schließend bei einer Temperatur von ca. 1100° bis 1300°C gesintert wird.The invention relates to a method for producing a sintered molded part with a bainitic structure (intermediate stage structure), in particular a connecting rod for burning nungskraftmaschinen, being a sintered powder, the mass fractions of the components 0.5-2% Mo; 0.4-0.8% C; 0.5-3% Cu; 1-4% Ni and remainder Fe, compression-molded and on finally sintered at a temperature of approx. 1100 ° to 1300 ° C.

Es ist bekannt, Formteile, insbesondere auch Pleuel für Verbrennungskraftmaschinen, auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen, wobei diese Formteile geschmiedet werden, um die für ein Pleuel erforderlichen Festigkeitswerte zu erhalten. Maßnahmen dieser Art sind in folgenden Druckschriften beschrieben: DE-A1-42 32 432, DE-C1-38 06 236, DE-A1-39 02 075, EP-B1-330 830, DE-C1-41 14 488, DE-A1-32 00 549, DE-A1-39 04 020, DE-A1-39 29 267, DE-A1-43 03 592, EP-B1-342 800. Durch das Schmieden erhalten diese pulverme tallurgisch hergestellten Formteile zwar die geforderten Festigkeitswerte, der damit verbun dene Arbeitsaufwand ist aber erheblich.It is known to form parts, in particular connecting rods for internal combustion engines Manufacture powder metallurgy, these moldings are forged to to obtain the strength values required for a connecting rod. Measures of this kind are in the following documents are described: DE-A1-42 32 432, DE-C1-38 06 236, DE-A1-39 02 075, EP-B1-330 830, DE-C1-41 14 488, DE-A1-32 00 549, DE-A1-39 04 020, DE-A1-39 29 267, DE-A1-43 03 592, EP-B1-342 800. The forging gives them powder molded parts manufactured in tallurgy do adhere to the required strength values However, the amount of work involved is considerable.

In diesem Zusammenhang ist vor allem die DE-A1 42 04 948 zu erwähnen, die ein Verfah ren zur Herstellung eines Pleuels beschreibt, das als gesinterter Bauteil ausgebildet ist, wobei hier als Ausgangsmaterial drei verschiedene Sinterlegierungen erörtert werden. Nach dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren wird ein Pleuel einstückig hergestellt und anschließend der Pleuelkopf geteilt. Dieser Bauteil wird nach dem Sintern an den vorgese henen Trennstellen mit Trennkerben versehen und nach seiner Fertigstellung durch Bruch in seine Einzelteile zerlegt. Dazu dient ein Trennwerkzeug, das in der erwähnten Beschreibung als Spreizkopf bzw. Keilvorrichtung bezeichnet wird. Um diese Bruchtrennung durchzufüh ren, ist hier vorgesehen, den Sinterteil mit einer geringen Dichte zu fertigen, die einer gro ßen Restporösität gleichzusetzen ist und die sich günstig auf den Vorgang des Trennens durch Bruch auswirkt. Als Sintertemperatur sind etwa 1100°C angegeben. Es ist hier ferner vermerkt, daß unmittelbar aus der Sinterhitze abgekühlt wird, wobei jedoch über den Ver lauf der Abkühlung in dieser Vorveröffentlichung keine Angaben zu finden sind.In this context, DE-A1 42 04 948, which is a procedure, should be mentioned in particular ren describes for the production of a connecting rod, which is designed as a sintered component, wherein three different sintered alloys are discussed here as the starting material. After the in A connecting rod is produced in one piece and then split the connecting rod head. This component is preseed after sintering the separation points with separation notches and after its completion by breaking in disassembled its individual parts. For this purpose a separating tool is used, which is mentioned in the description is referred to as an expanding head or wedge device. To perform this break separation ren, it is provided here to manufacture the sintered part with a low density, which is a large This is equivalent to residual porosity and is beneficial to the separation process by breaking. The sintering temperature is around 1100 ° C. It is further here noted that cooling is carried out directly from the sintering heat, but using the ver no information can be found in this prior publication during the cooling process.

Ferner ist es aus der EU-B1-354 389 bekannt, pulvermetallurgisch hergestellte Formteile mit einem bainitischen Gefüge (Zwischenstufengefüge) mit hoher Festigkeit bei gleichzeitig guter Dehnung bzw. Zähigkeit herzustellen, indem diese Formteile einem Verfahren unter worfen werden, wie es bei der Herstellung von Stählen mit bainitischem Gefüge (Zwischen stufengefüge) bekannt ist, wobei dafür Salzbäder eingesetzt werden und wobei die Poren des Sinterteiles wenigstens teilweise mit einem Füllstoff gefüllt werden, der gegen die bei einer raschen Abkühlung in einem Bad verwendeten Mittel und Chemikalien resistent ist. Dieser Füllstoff hat die Aufgabe, die Poren des Sinterteiles zu verstopfen, damit bei der Salz schmelze oder bei der Verwendung eines anderen Bades die darin befindlichen Chemikalien nicht in das Innere des Sinterformteiles eindringen können, die zu Ausblühungen führen, die in der Folge den Sinterteil unbrauchbar machen. Nach den detaillierten Ausführungen in dieser Druckschrift wird der aus Sinterpulver hergestellte Formteil auf eine Dichte von nur 7,1 g/cm² gepreßt. Während des Sintervorganges wird auf den Formteil soviel Kupfer auf gebracht, daß sein Gewicht dem Porenvolumen entspricht, das rund 10% des Teilgewichtes beträgt. Während des Sintervorganges schmilzt das zusätzlich aufgebrachte Kupfer und infil triert in die Poren des Formteiles. Als Sintertemperatur sind ca. 1230°C während 40 Minu ten angegeben. Anschließend wird der heiße Sinterteil (1230°C) während einer nicht defi nierten Zeitspanne auf 870°C abgekühlt und während 15 Minuten auf dieser Temperatur in einem Salzbad behalten. Der nun eine Temperatur von 870°C aufweisende Formteil wird anschließend innerhalb von zwei Minuten auf 345°C abgekühlt, dann weiterhin durch 45 Minuten in einem Salzbad auf 320°C gehalten und dann erst beliebig abgekühlt. Es sind hier mehrere Abkühlzonen mit stufenförmigem Verlauf vorgesehen. Offenbar ist hier dieser stufenförmige Verlauf für die Abkühlung erforderlich, um die Poren des gering verdichteten Sinterkörpers ausreichend mit Kupfer zu füllen. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis we gen des damit verbundenen hohen Aufwandes nicht durchsetzen können.Furthermore, it is known from EU-B1-354 389 to use molded parts produced by powder metallurgy a bainitic structure (intermediate stage structure) with high strength at the same time to produce good elongation or toughness by subjecting these molded parts to a process as is the case with the production of steels with a bainitic structure (intermediate step structure) is known, for which salt baths are used and the pores of the Sintered part are at least partially filled with a filler that against a rapid cooling in a bath and chemicals used is resistant. This Filler has the task of clogging the pores of the sintered part, and thus the salt melt or, if another bath is used, the chemicals in it cannot penetrate into the interior of the sintered molded part, which lead to efflorescence subsequently make the sintered part unusable. After the detailed explanations in This publication describes the molded part made from sintered powder to a density of only 7.1 g / cm² pressed. During the sintering process, as much copper is placed on the molded part brought that its weight corresponds to the pore volume, which is around 10% of the partial weight is. During the sintering process, the additionally applied copper melts and infiltrates penetrates into the pores of the molded part. The sintering temperature is approx. 1230 ° C for 40 minutes ten specified. Then the hot sintered part (1230 ° C) is not defi chilled period to 870 ° C and in at this temperature for 15 minutes keep a salt bath. The molded part now has a temperature of 870 ° C then cooled to 345 ° C within two minutes, then continued through 45 Minutes in a salt bath at 320 ° C and then cooled as desired. There are here several cooling zones with a stepped course are provided. Apparently this is here gradual course required for cooling to the pores of the low density Fill the sintered body sufficiently with copper. In practice, this procedure has changed can not enforce the associated high effort.

Ausgehend von diesem Stand der Technik zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren vor zuschlagen, mit dem auf einfachem Wege Formteile aus Sinterstahl, insbesondere Pleuel für Verbrennungskraftmaschinen geschaffen werden können, die ein bainitisches Gefüge (Zwi schenstufengefüge) aufweisen, das eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Dehnung bzw. Zähigkeit besitzt, also jene Festigkeitseigenschaften aufweist, die für ein Pleuel unabdingbar notwendig sind, ohne daß es der aus dem Stand der Technik bekannten, aufwendigen Maß nahmen bedarf.Based on this prior art, the invention aims to provide a method slam with the easily molded parts made of sintered steel, especially connecting rods for Internal combustion engines can be created that have a bainitic structure (Zwi step structure), which have high strength with good elongation or Toughness has those strength properties that are essential for a connecting rod are necessary without it being the expensive measure known from the prior art took need.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch jene Verfahrensmaßnahmen, die Inhalt und Gegen stand des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 sind.The invention solves this problem through those procedural measures, the content and counter state of the characterizing part of claim 1 are.

Anhand der schematischen Diagramme nach den Fig. 1 und 2 werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erörtert, ohne die Erfindung dadurch auf diese Beispiele einzuschränken. Das als Ausgangsmaterial verwendete Sinterpulver nach dem ersten Verfahrensbeispiel weist folgende Massenanteile der Komponenten auf: 0,5-2% Mo; 0,4-0,8% C; 0,5-3% Cu und 1-4% Ni, der Rest ist Eisen, wobei das Molybdän mit dem Eisen vorlegiert ist. Der herzustellende Formteil wird gepreßt, und zwar auf eine Dichte von 7,3 g/cm³ bzw. größer. Der so gepreßte Formteil (Grünling) wird dann im Sinterofen auf ca. 700°C erhitzt bei einer Anheizzeit von ca. 5 Minuten und einer Behaltzeit von ca. 10 Minuten, anschließend wäh rend ca. 10 Minuten auf die Sintertemperatur von ca. 1120°C aufgeheizt und auf dieser Sintertemperatur ca. während 30 Minuten gehalten und anschließend abgekühlt, wobei die Abkühlgeschwindigkeit auf ca. 1°C/sec. eingestellt wird. Diese Abkühlgeschwindigkeit ist zumindest im kritischen Temperaturbereich von 900°C-400°C einzuhalten. Bei der er wähnten Abkühlgeschwindigkeit von ca. 1°C/sec. - unter der theoretischen Voraussetzung, daß diese Abkühlung pro Zeit linear erfolgt - dauert die Abkühlphase auf die übliche Raumtemperatur ca. 18 Minuten. Die Fig. 1 zeigt die beschriebenen Phasen anhand eines Zeit-(t)/Temperatur-(°C)-Diagrammes schematisch (Einfachsintertechnik). Die hier angege benen Verfahrensschritte sind als Beispiel zu verstehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, diese Verfahrensgrößen (Zeit, Temperatur, Abkühlgeschwindigkeit) in Abhängigkeit der je weiligen konkreten Zusammensetzung des Pulvers in den vorgegebenen Grenzen zu variie ren, um ein optimales Zwischenstufengefüge zu erhalten.Exemplary embodiments of the invention are discussed on the basis of the schematic diagrams according to FIGS. 1 and 2, without thereby restricting the invention to these examples. The sinter powder used as the starting material according to the first process example has the following mass fractions of the components: 0.5-2% Mo; 0.4-0.8% C; 0.5-3% Cu and 1-4% Ni, the rest is iron, the molybdenum being pre-alloyed with the iron. The molded part to be produced is pressed to a density of 7.3 g / cm³ or greater. The molded part (green body) pressed in this way is then heated in the sintering furnace to approx. 700 ° C. with a heating-up time of approx. 5 minutes and a holding time of approx. 10 minutes, then to the sintering temperature of approx. 1120 ° for approx. 10 minutes C heated and held at this sintering temperature for about 30 minutes and then cooled, the cooling rate to about 1 ° C / sec. is set. This cooling rate must be observed at least in the critical temperature range of 900 ° C-400 ° C. At the mentioned cooling rate of approx. 1 ° C / sec. - under the theoretical assumption that this cooling takes place linearly per time - the cooling phase to the usual room temperature takes about 18 minutes. Fig. 1 shows the phases described using a time (t) / temperature (° C) diagram schematically (single sintering technique). The process steps specified here are to be understood as examples. It is within the scope of the invention to vary these process variables (time, temperature, cooling rate) as a function of the respective specific composition of the powder within the specified limits in order to obtain an optimal intermediate stage structure.

Anstelle der beispielsweise beschriebenen Einfachsintertechnik kann auch die Doppelsinter technik eingesetzt werden. Die erste Phase dieser Doppelsintertechnik veranschaulicht Fig. 2 ebenfalls anhand eines Zeit-(t)/Temperatur-(°C)-Diagrammes schematisch. Der Formteil - hergestellt wie oben beschrieben - wird nach dem Aufheizen auf ca. 750°C vorerst abge kühlt und anschließend nachgepreßt (diese Nachpreßphase ist im Diagramm nach Fig. 2 mit NP bezeichnet), und zwar auf einen Dichtegrad von ca. 7,5 g/cm³ oder mehr, und dann an schließend in der oben beschriebenen Weise gesintert unter Einhaltung der erwähnten Ab kühlgeschwindigkeit. An das in Fig. 2 gezeigte schematische Diagramm schließt also als zweite Phase das Diagramm nach Fig. 1 an (Doppelsintertechnik). Auch hiefür gilt, daß die angegebenen Verfahrensgrößen (Zeit, Temperatur, Abkühlgeschwindigkeit) in Abhängigkeit der jeweiligen konkreten Zusammensetzung des Pulvers in den vorgegebenen Grenzen vari ierbar sind, um jeweils ein optimales Gefüge zu erzielen.Instead of the single sintering technique described for example, the double sintering technique can also be used. FIG. 2 also schematically illustrates the first phase of this double sintering technique using a time (t) / temperature (° C.) diagram. The molded part - produced as described above - is initially cooled after heating to approx. 750 ° C and then pressed (this pressing phase is designated by NP in the diagram in FIG. 2), to a density of approx. 7.5 g / cm³ or more, and then finally sintered in the manner described above while maintaining the cooling rate mentioned. The schematic diagram shown in FIG. 2 is followed by the diagram according to FIG. 1 as a second phase (double sintering technique). The same applies to the fact that the specified process variables (time, temperature, cooling rate) can be varied within the specified limits depending on the particular concrete composition of the powder in order to achieve an optimal structure.

Wie Versuche zeigen, wird durch das beschriebene Verfahren bei Verwendung der oben an geführten Bestandteile des Ausgangsmaterials ein bainitisches Gefüge (Zwischenstufen gefüge) ohne besonderen zusätzlichen Verfahrensschritt erhalten, das die für Pleuel erforderlichen und geforderten hohen Festigkeitswerte aufweist. Die bainitischen Gefüge (Zwischenstufengefüge) entsprechen in der Morphologie einem Vergütungsgefüge, sind jedoch für ihre besseren Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften und die bessere Zer spanbarkeit gegenüber den Vergütungsgefügen bekannt. Außerdem wird bei der bainitischen Umwandlung die Gefahr einer Härterißbildung umgangen und zusätzlich eine bessere Durchhärtung erreicht. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten bainitischen Gefüge (Zwischenstufengefüge) haben sich als ausgezeichnet in Hinblick auf die Dauerfe stigkeit erwiesen, was aus umfangreichen Versuchen hervorgeht. Diese Sinterstähle weisen dynamische Werkstoffnennwerte auf, die zum Teil bereits im Bereich von vergüteten Schmiedestählen liegen. Unter Einsparung des Sinterschmiedevorganges oder einer Vergü tungsbehandlung, die zusätzlich mit der Gefahr von Härterissen verbunden wäre, wird eine hohe Dauerfestigkeit erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für Pleuel zweckmäßigerweise anwendbar, sondern auch für andere gesinterte Formteile, die Festig keitseigenschaften erfordern, wie sie für Pleuel üblich sind.Experiments show that the method described uses the above led components of the starting material a bainitic structure (intermediate stages structure) obtained without a special additional process step, that for connecting rods has the required and required high strength values. The bainitic structure (Intermediate level structure) correspond to a remuneration structure in morphology however, for their better strength and toughness properties and better Zer Machinability known to the remuneration structure. In addition, the Bainite Conversion avoided the risk of hardness cracking and additionally a better one Full curing achieved. The bainitic generated by the inventive method Structures (intermediate stage structures) have proven to be excellent with regard to the permanent fe proved what results from extensive tests. These sintered steels have dynamic material values, some of which are already in the range of tempered Forged steels lie. Saving the sintering process or a fee treatment, which would also be associated with the risk of hardening cracks, becomes a high fatigue strength achieved. The method according to the invention is not only for connecting rods expediently applicable, but also for other sintered molded parts, the Festig properties required for connecting rods.

Claims

1. A process for producing a sintered molded part with a bainitic structure (intermediate stage structure), in particular a connecting rod for internal combustion engines, a sintering powder, the mass fractions of the components of which are 0.5-2% Mo; 0.4-0.8% C; 0.5-3% Cu; 1-4% Ni and the rest Fe, pressed and then sintered at a temperature of approx. 1100 to 1300 ° C, characterized in that the molybdenum is used in a form alloyed with the iron and the molding with a single pressing technique to a density of at least 7.3 g / cm³, is pressed with a double press technique to a density of at least 7.5 g / cm³ and that after sintering the cooling rate is set at least over a portion of the cooling to 0.5-8 ° C / s .

2. The method according to claim 1, characterized in that after the sintering Cooling speed in the cooling range from 900 ° -400 ° C to 0.5-8 ° C / s set becomes.